磨损是指两个物体相对运动时，在接触表面之间由微观去除机制造成物体表面材料损失或出现残余变形的现象，也称为磨耗。在工程中，材料的微观磨损形式随着时间、工况和被磨材料的性质的改变而改变，一般会出现几种磨损形式共存的现象，但通常是由一种磨损形式起主导。目前研究成熟的磨损机理主要有：磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损。

1）磨粒磨损

磨粒磨损的主要成因是硬质材料对较软材料的表面进行微观切削作用而形成沟槽所导致的。滚刀的磨粒磨损分为直接磨损和二次磨损。直接磨损由开挖岩体的强度、磨蚀性等决定，是高应力磨粒磨损，主要指滚刀破碎新鲜岩面所产生的磨损：二次磨损是低应力磨粒磨损，是因为岩渣的滞排效应，堆积在刀圈附近的岩石颗粒在滚刀侧面滑动造成的磨损。已有研究表明，塑性去除磨损和脆性断裂去除磨损是滚刀直接磨粒磨损的两种主要形式。

2）黏着磨损

由于材料表面微观的不平整，接触一般发生在两个表面上的微凸起之间，在一定外界法向力的作用下，当微凸起的局部压力超过材料的屈服强度时会发生塑性变形，进而产生胶合作用。在胶合作用下，被磨材料随磨损材料往复移动，这部分材料就会与基体材料发生分离，产生宏观上的磨损。

3）疲劳磨损

接触疲劳是接触面在滚动和滑动叠加作用下，由于剪切或者撕裂的作用，导致材料表面质量进一步恶化的现象。疲劳磨损裂纹发源于材料的不良表面一点，随着接触频率的增大，裂纹扩展到材料表面，最终导致表面材料的脱离。

在盾构掘进的过程中，滚刀随着刀盘的旋转在开挖掌子面上滚动，由于盾构推进力的作用，滚刀部分嵌入岩石内部，在掌子面上形成起裂区，滚刀破岩示意图如图7-4所示，其过程分为以下四个阶段：(www.daowen.com)

图7-4　滚刀破岩机理示意

①滚刀与岩石接触，对岩石造成弹性变形。

②部分岩石达到破碎能量时发生压溃，在刀刃下方形成密实核。

③密实核扩大，岩石出现微裂纹。

④裂纹向刀刃两侧扩展，当扩展到岩石面时岩石碎片贯穿掉落。