我国水资源分布极不均衡，水资源成了制约地区经济发展的主要限制因素。因此，跨流域调配水资源成了区域经济协调发展的重要保障，相继出现了一大批引水工程，引水隧洞是这些工程的重要组成部分，其往往处于高地应力、高渗透水压力和侵蚀性水环境等复杂条件。在滇中引水工程地下水质调查时发现，整个地下水质分析段均含有游离CO2，对混凝土具有碳酸型腐蚀，部分工程段地下水对混凝土具有碳酸型中等腐蚀。目前国内外专家学者对一般大气环境下的碳化作用进行了大量的研究，而对于碳酸性水环境对混凝土材料的侵蚀作用研究较少。鉴于此，本文针对一般大气环境和碳酸性水环境下碳化作用对水泥砂浆的影响进行对比研究，分析了两种不同环境下的劣化机理，从而意识到研究碳酸性水环境对引水隧洞衬砌结构影响的重要性。本文研究工作主要集中在以下几个方面:　　(1)以水泥砂浆为研究对象，利用X射线衍射试验研究了一般大气环境和碳酸性水环境下水泥砂浆碳化前后固相组成变化，同时采用热重-差热试验研究了碳化前后水泥砂浆中Ca(OH)2和CaCO3含量变化;在物质成分含量分析的基础上，进一步通过能谱仪研究了碳化前后水泥砂浆中元素含量变化，同时利用多参数水质分析仪研究了溶液中Ca2+和SiO2浓度变化;在前述分析的基础上，通过扫描电子显微镜研究了两种不同环境下水泥砂浆碳化前后形貌特征。　　(2)通过氮气吸附法研究了水泥砂浆碳化前后的孔结构特征，分析了一般大气环境和碳酸性水环境下水泥砂浆样品的吸附-脱附等温线，并基于BET吸附理论分析研究了样品的比表面积，在上述研究的基础上进一步研究了一般大气环境和碳酸性水环境下水泥砂浆碳化前后的孔径与孔隙特征。　　(3)通过对一般大气环境和碳酸性水环境下水泥砂浆碳化前后固相成分组成、元素含量、微观结构以及孔结构特征的研究揭示了两种不同环境下碳化机理的差异性，并结合离子浓度分析进一步认识到碳酸性水环境对水泥砂浆的劣化作用。在上述研究的基础上，通过单轴试验和巴西劈裂试验研究了水泥砂浆试样碳化前后力学性能的变化，同时利用回弹试验和贯入阻力试验研究了水泥砂浆试样局部力学性能变化。　　(4)通过对比研究一般大气环境和碳酸性水环境下碳化作用对水泥砂浆的影响，从而获得两种不同环境下碳化作用对水泥砂浆劣化机理的差异性。一般大气环境下碳化作用仅影响钢筋的腐蚀，对混凝土力学性能有一定改善作用，而碳酸性水环境下碳化作用除了影响钢筋的腐蚀，其对混凝土力学性能劣化作用比较明显。　　(5)基于Fick扩散定律推导出一般大气环境和碳酸性水环境下碳化理论模型，两者的理论模型有一定相似性，并利用酚酞滴定法测定的碳化深度验证了模型的合理性。通过对比研究发现碳酸性水环境导致水泥砂浆劣化的主要原因是Ca元素的大量流失，而水泥砂浆中Si元素含量变化较小，提出了基于Ca/Si比分布的碳酸侵蚀损伤评价指标，并基于Ca/Si比分布对碳酸侵蚀后的水泥砂浆进行分区。由于不同水泥基材料的初始Ca/Si比存在一定差异，本文基于Ca/Si比定义了化学损伤变量，同时定义了力学损伤变量，通过对试样断面不同位置处的Ca/Si比分布以及单轴抗压强度预测值，初步确定了力学损伤与化学损伤存在一定的关系。　　(6)基于应力释放法研究了滇中引水隧洞施工期支护时机以及支护效应，提出了应力释放率达到60％时进行初期支护，此时可以发挥围岩自承能力，并保证围岩稳定性，通过分析认为仅通过初期支护很难保证围岩和支护体系的整体稳定性，建议提前进行二次衬砌支护，即应力释放率达到80％时进行二次衬砌支护。通过合理的支护时机，围岩的位移和塑性区发展得到有效的控制，同时保证了初期支护的安全性。　　(7)由于碳酸性水环境仅对水泥基材料中的水泥成分有侵蚀作用，通过研究碳酸性水环境对水泥砂浆的影响揭示了碳酸性水环境对衬砌混凝土的损伤劣化机理。利用相似性关系，预测滇中引水隧洞的碳化深度以及侵蚀损伤区，最后通过数值模拟分析了滇中引水隧洞运行期衬砌塑性区、应力场以及位移随时间的变化规律。