当前，我国已成为世界隧道建设的大国，近万公里的隧道规划，对未来隧道工程的建设提出了快速、经济、安全的高要求，采用隧道掘进机（TBM）技术成为发展的必然。在我国很多地区（包括城市）存在土-砂-石混合地层，其结构、力学性质完全与土层或岩层不同，已导致大量TBM刀具磨损甚至严重的工程事故。深入分析混合地层条件下盘形滚刀的切削机理及性能成为解决此难题的关键。课题通过对大量混合地层的地质调查，采用分形几何学与拓扑学等方法，研究建立混合地层的二维与三维结构特征模型；考虑混合地层特征及原位条件，制作1.5×1.1×0.6m大模型，开展全尺寸滚刀切削模型试验及三维颗粒流数值模拟，分析盘形滚刀的切削机理，并探讨滚刀切削性能与土石混合结构的内在关系，建立混合地层的可掘性评价指标及TBM刀具切削性能预测模型。研究成果可为混合地层下TBM的刀具选型与设计提供理论依据，对复杂条件下TBM技术发展具有重要实践意义。
