TBM在长大隧道掘进中有着不可比拟的优势,其自动化程度高,施工速度快,但在遇到较坚硬岩石时,其刀具磨损速度加快,掘进速度变慢,大大影响施工成本及效率,新型的“微波+机械”破岩方法能够很好的解决这一难题。影响微波破岩效果的岩石内在因素主要包括岩石种类、矿物成分、分布方式、颗粒大小以及矿物颗粒边界轮廓等,外部因素主要包括微波照射方式和地应力等。微波辅助破岩在微观上表现为微波照射下岩石内部微裂纹的生成及扩展,因此,本文利用离散元软件PFC对四种代表性岩石进行微波照射模拟,研究不同围压及功率下各岩石致裂规律和效果,对微波照射前后的岩石进行力学试验,研究了在外荷载作用下微波照射裂纹的连接贯通机理及力学参数变化规律。利用物理试验,进一步研究了微波照射对岩石强度和耐磨性的影响,主要结论如下:(1)利用PFC建立了微波照射岩石分析模型,研究了四种代表性岩石在功率密度Pd=1×1010W/m3和Pd-1× 1011W/m3时微波照射下裂纹扩展规律。较低功率下,伟晶岩从石英内部和正长石内部起裂,随照射时间的增长,裂纹进一步在正长石内呈网状扩展;花岗岩与伟晶岩所含主要矿物大致相同,表现出了类似的规律;玄武岩从斜长石内部和辉石内部起裂,随照射时间的增长,裂纹在斜长石和辉石内部扩展;石灰岩从磁铁矿内部起裂,随照射时间的增长,裂纹在磁铁矿内部和晶界处产生。高功率照射时,产生的裂纹较杂乱,晶界处产生更多较短的裂纹。(2)较低功率照射时,围压对岩石内裂纹扩展产生限制作用,围压越大,张拉裂纹大幅减少,剪切裂纹稍许增多。随着围压的增大,伟晶岩产生的裂纹逐渐集中在石英、斜长石和正长石三者交界处;花岗岩内的裂纹逐渐聚集在石英、钠长石和黑云母交界处;玄武岩内的裂纹也逐渐集中在其所含三种矿物的交界处:石灰岩内的裂纹集中在磁铁矿周边。高功率照射时,随照射时间的增长,围压越大岩石内裂纹数量越多。(3)微波作用下岩石内各矿物及晶界处裂纹数量随围压变化呈现出各式各样的变化规律。较低功率照射时,伟晶岩中绿泥石、正长石、石英及其晶界处,花岗岩中正长石、石英、正长石-黑云母和正长石-石英处,玄武岩中斜长石、橄榄石和斜长石-橄榄石处,石灰岩中磁铁矿、白云石-方解石、磷灰石-方解石、磁铁矿-方解石和磁铁矿-磷灰石处裂纹随围压增大而减少;伟晶岩其余部位,玄武岩中辉石、辉石-斜长石处和石灰岩其余部位裂纹随围压增大先增多后减少,花岗岩其余部位随围压增大而增多。高功率照射时,伟晶岩内石英和斜长石-正长石处裂纹随围压增大先减少后增多;伟晶岩其余部位,花岗岩中正长石、黑云母、钠长石、正长石-黑云母和正长石-钠长石处,玄武岩中斜长石、斜长石-橄榄石、辉石-斜长石处裂纹随围压增大短时间内逐渐减少,长时间后逐渐增多;石灰岩中白云石、方解石、磁铁矿、白云石-磁铁矿和磷灰石-方解石处裂纹数量最多,随围压增大逐渐增多。(1)对微波照射前后岩石试样进行了常规力学试验模拟,随着微波照射时间增长,力学测试中所生成的裂纹大多数是从微波照射产生的裂纹尖端起裂。微波照射0.1s后,伟晶岩单轴抗压强度降低了 68.52%,花岗岩降低了 47.33%,玄武岩降低了 49.61%,石灰岩降低了 71.12%。伟晶岩抗拉强度最高降低了 69.53%,花岗岩最高降低了 68.30%,玄武岩最高降低了 80.50%,石灰岩最高降低了 87.65%。双轴压缩时,随着围压的增大,各岩石双轴抗压强度降低幅度逐渐减小。(2)物理试验中,花岗岩温度较低,照射15min时微观上开始产生细小裂纹,试样颜色发黄,玄武岩温度最高且升温速率快,5min时表面便出现了的裂纹,25min时开始熔化,石灰岩温度次之,25min开始岩石所含碳酸钙出现明显的分解,照射30min后,花岗岩点荷载强度降低率最高,表现为从试样中心位置发生径向断裂,石灰岩初始强度较低,降低幅度最小。(3)微波照射后,花岗岩耐磨性指数CAI值明显降低,玄武岩变化不大,石灰岩照射之后划痕较深,滑动过程中刮下较多粉末,花岗岩与石灰岩质量损失在30min发生激增,玄武岩由于裂纹出现较早,照射5min时便有较大的质量损失。同时,花岗岩点荷载强度与CAI值呈线性相关,石灰岩呈指数相关,玄武岩相关性不大。