混凝土材料是地下结构工程中最主要的建筑材料之一,其性能的优劣对地下工程的质量和寿命具有决定性的影响,混凝土的抗碳化能力是衡量混凝土耐久性的重要指标之一。由于地下空间环境相对封闭,人流相对密集,混凝土碳化较为严重,因此有必要对地下工程中混凝土材料与混凝土结构的碳化问题进行研究与论证。众多学者对混凝土的碳化机理、影响混凝土碳化的因素、预测混凝土碳化深度等方面都有较深入的研究,但是这些研究大多都只停留在混凝土材料本身的层面上,而关于碳化对地下结构的影响研究甚少,在实际生活中,我们更需要的是了解混凝土碳化后对结构力学性能的影响。因此,本论文在碳化试验的基础之上进一步研究了碳化作用对地下结构的力学性能影响规律,具体研究内容如下：(1)采用室内加速碳化试验,研究碳化前后混凝土力学参数(包括弹性模量、抗压强度等)的变化,分析碳化对混凝土力学特性的变化规律；(2)利用三维数值显示仪观测碳化作用后混凝土的细观结构,找到混凝土碳化区、部分碳化区和未碳化区的分布规律；(3)以试验为依据,综合考虑地下结构碳化问题的特殊性,通过ANSYS有限元软件仿真模拟,探究不同碳化程度隧道衬砌结构的内力和位移的变化规律,揭示碳化对隧道衬砌结构力学行为的影响,利用研究成果综合评估地下结构的安全性。通过研究得出了混凝土碳化深度随时间变化的规律,碳化后混凝土抗压强度、弹性模量的变化规律；得到了碳化混凝土碳化区、部分碳化区和未碳化区的分布规律；通过数值计算分析了碳化对隧道衬砌结构力学特征的影响。