摘要：硬岩隧道掘进机(TBM)是在水利水电、铁路隧道等工程项目中得到广泛应用的大型工程装备。盘形滚刀作为TBM刀盘的核心部件,其使用寿命及破岩效率已成为影响施工成本和施工效率的关键因素。相较于正滚刀,边缘滚刀线速度大,破岩工况复杂,使用寿命低。本文深入分析了边缘滚刀与岩体相互作用机理,研究了边缘滚刀破岩特性关键影响因素,并提出了边缘滚刀布置优化方法,论文主要研究内容如下：(1)基于离散元理论建立了边缘滚刀顺次破岩数值模型,并对破岩过程中的裂纹演化过程、刀具载荷及岩石内部应力分布情况进行了分析；建立了多评价指标敏感度熵权综合评价体系,对影响边缘滚刀切削过程的各参数进行了多因素敏感度分析,并得出了不同地质条件下各因素影响程度的主次顺序。(2)以国内某隧道所用刀盘为例,建立了不同倾角范围下最外侧边缘滚刀切削数值模型,确定边缘滚刀最大安装倾角范围；建立了双刀顺次破岩模型,通过计算双刀之间的最优倾角差确定了边缘滚刀数量、安装倾角和安装极径；建立了边缘滚刀多目标优化布置模型,对边缘滚刀的安装极角进行优化。(3)利用100T回转式切削试验台开展边缘滚刀顺次破岩实验研究,监测边缘滚刀切削过程中的刀具载荷和最后岩石的破碎情况,并对实验结果进行相关分析,最终与仿真结果进行比对,验证了仿真方法的可靠性。