盾构掘进机因其快速、环保及对周围环境影响较小等优点,是被广泛应用于交通、市政、矿山、水工等隧道工程施工的大型机械设备。刀具和刀盘是盾构掘进机的关键部件,直接与土体接触并完成土体的开挖和支护。不同城市地质条件的差异以及盾构机结构和施工参数的不同,都将对刀具切削力变化规律以及刀盘扭矩的大小有着不同的影响,因此研究和预测切刀切削土壤受力模型和刀盘扭矩估算模型一直是工程界重点研究课题。本文针对盾构机刀具的切削力学问题和刀盘驱动参数设计问题,在充分理解刀具和刀盘与土体相互作用的基础上,分析了刀具受力状况,研究了刀盘扭矩的计算方法,为设计制造经济型盾构以及盾构机的使用提供理论依据。本文完成了如下工作：基于ABAQUS有限元软件,采用Drucker-Prager塑性本构模型以及具有单元删除功能的剪切损伤失效准则建立了盾构机切刀切削岩土过程的三维仿真模型,分析了岩土破碎过程以及在不同地质条件下切刀切削力的变化规律。根据土力学理论,分析了盾构机刀具切削岩土时岩土失效形式,建立了刀具切削土壤的受力模型,推导出了刀具水平切削力和垂直推进力的计算公式。全面分析了盾构掘进机施工过程中地层条件因素和盾构机结构和施工因素对刀盘扭矩的影响,建立了刀盘扭矩估算模型。根据土力学理论和摩擦学理论,推导了各个扭矩分量的计算表达式,通过与某实际工程实践数据为例验证了刀盘扭矩数学估算模型的有效性。