全断面岩石掘进机(TBM)是一种用来挖掘地下隧道的大型工程机械。滚刀是TBM刀盘上的重要掘进刀具。研究滚刀的动态载荷,对于指导设计高效高性能滚刀、布置刀盘系统中的刀群意义重大。本文在国家自然科学基金“盾构刀盘与岩土动态交互作用机理及刀盘系统设计理论研究(51105048)”资助下,完成的主要工作内容如下:以17英寸盘形滚刀作为研究对象,根据滚刀破岩机理,应用离散元软件PFC3D建立盘形滚刀破岩的三维离散元数值仿真模型,获取滚刀破岩的破岩力,与实验结果相比较,证明了该数值模拟方法是准确的和可行的,为后续的仿真分析奠定基础。在盘形滚刀破岩模型的基础上,单独调节刀盘正面盘形滚刀切削深度、刀间距、安装半径以及刀盘边缘盘形滚刀的切削深度和安装角度,研究参数变化对滚刀破岩动态载荷的影响,为刀盘上滚刀刀群布置和盘形滚刀结构设计与操作参数选用提供理论基础。基于仿真获得的典型工况下刀盘正面的盘形滚刀动态载荷,对得到的载荷一时间历程进行压缩处理,并通过雨流计数法对载荷进行统计计数处理,然后绘制滚刀载荷的累积频次曲线,进而对其进行累积频次曲线的合成和扩展,最终得到盘形滚刀的八级阶梯载荷谱,为滚刀疲劳分析奠定基础。