旋挖钻机作为桩基础施工的主要工程机械,凭借其钻孔效率高、成孔质量好且环保性能良好而被广泛应用于基础施工中。然而随着当前国家基础设施建设要求的不断提高,桩基施工需要更深、更稳固的地基,在此施工要求下的地层条件复杂,且在深部、复杂地层条件下的施工容易引起钻杆严重振动、产生失效,钻具和钻齿严重磨损,从而导致施工效率低下。为了提高深部、复杂地层条件下钻机安全高效的施工,本文依托国家自然科学基金（51805041）,依据破岩理论分析、数值仿真、机器学习以及试验验证等方法对钻齿破岩过程和加载方式进行研究,主要内容如下:1)研究了岩石不同的物理力学参数对破岩效果的影响。综合分析当前国内外单齿破岩现状,依据破岩理论,研究单齿破岩的四个阶段:钻齿侵入岩石阶段、岩石裂纹形成阶段、密实核形成阶段、岩石整体崩落阶段。从钻齿破岩过程中钻齿受载以及岩石开裂变化出发,指出了影响钻齿破岩效率与加压力加载方式和加载配置参数密切相关。2)基于SPH（光滑粒子流体动力学）方法,结合ANSYS和LS-PREPOST软件,建立了单钻齿破岩的非线性动力学模型。探讨了不同加载方式和加载参数下钻齿载荷变化及岩石应力损伤范围的影响规律,优选出了硬岩钻进的加压力最佳加载方式和加载参数。3)设计和搭建了单齿破岩微钻试验台,进行了单钻齿破岩验证性试验。建立了与试验加载方式和加载参数相对应的数值仿真模型,试验结果验证了单钻齿破岩数值模型的有效性。4)分别利用SVM和BP神经网络两种算法,建立了预测钻齿与岩石互作用力的机器学习模型。对单钻齿破岩过程中钻齿与岩石相互作用力的数据进行学习和预测。经过分析对比确定出了适合单齿破岩过程预测的较优机器学习算法模型,为旋挖钻机智能化施工提供相应的预测模型。