盾构法以其机械化施工、对周围环境影响较小等优点近年来已成为隧道施工的首选方法。盾构法施工过程是通过位于盾构机最前端的刀盘对前方的岩土进行切削来完成掘进开挖任务的。合理的刀盘设计是提高整个盾构机掘进性能的关键。盾构刀盘设计的基础是确定作用在刀盘上的载荷。但是由于刀盘和掘进界面是一个非常复杂的整体耦合系统,目前并没有很好的确定刀盘载荷的方法。本文结合子结构凝聚方法与单个刀具切削载荷的理论与经验公式,将大规模复杂耦合系统转化为一个小规模非线性系统,较好的解决了复合盾构掘进界面整体耦合问题,给出了一种确定刀盘载荷的比较实用的方法。本文的具体研究内容包括:1、利用ANSYS的APDL语言建立了复合盾构刀盘的参数化有限元模型。较好的解决了复合盾构刀盘结构复杂,刀具的布置情况复杂,刀具样式较多等问题,从而为快速建立新的复合盾构刀盘模型提供了一种有效手段。2、研究了单个盘形滚刀及单个切刀载荷与切削量之间的关系,考虑土仓压力的影响,提出了一种新的计算切刀载荷的模型。3、通过子结构凝聚法建立了刀具结点影响系数矩阵,将大规模非线性接触问题转化为小规模非线性接触问题,以各个刀具的嵌入量为未知数,建立非线性方程组,通过编制程序计算出其数值解,最后得出各个刀具的受力情况,与大规模直接数值模拟方法比较起来,节省了大量的计算时间。