海底沉积物是海水与固体地球的物理边界,同时也是水声与地声的阻抗界面,理清海底沉积物声传播规律、明确海底沉积物声学与物理力学性质的联系,对海底底质和地层探测至关重要。本文以主要包括砂土和粉土的无黏性沉积物为研究对象,通过状态可控的室内试验,基于海底沉积物原始沉积环境和应力状态制备不同状态的无黏性沉积物样品,运用超声探测和弯曲-伸展元方法开展沉积物压缩波速测试、同时开展物理力学参数测量,探究无黏性海底沉积物压缩波速测试方法及影响因素,揭示压缩波速随物理力学参数的变化规律及内在联系机制。然后,基于试验结果提出无黏性海底沉积物地声模型的参数优选方法及相应的参数化方案,结合Biot-Stoll模型计算海底反射损失并开展底质分类,利用文献中的实测结果对本文方法进行评价和验证。学位论文的主要工作和创新如下:（1）以密实度为控制性参数制备不同状态砂土沉积物试样,开展超声探测试验,探讨砂土压缩波速测量的影响因素、测量方法的优缺点和适用性。发现饱和度对砂土压缩波速有影响显著,是砂土压缩波速测量时必须要考虑的物理参数。超声换能器接触管壁、间接测量取样管中沉积物压缩波速时,声波多路径传播效应造成非完全饱和沉积物的压缩波速测量结果偏高,而超声换能器直接接触试样测量则可避免这一影响。砂土压缩波速与波阻抗受中值粒径影响小,而与密度、含水量、孔隙度有较高相关性。（2）以超固结比为控制性参数,利用自制固结装置和应力路径三轴仪,模拟制备不同沉积环境和应力状态的粉土试样,探讨粉土沉积物在固结和剪切过程中压缩波速随物理力学参数的变化规律及内在机制。试验结果表明超声探测法和弯曲-伸展元法分别适用于低、高应力条件下粉土压缩波速测试,二者测试结果具有较好一致性。粉土压缩波速随着固结过程发展不断增大,固结完成后粉土的压缩波速随密度、饱和度和固结应力的增大而增大,随孔隙度、含水量的增大而减小。剪切过程中,粉土沉积物压缩波速变化规律受超固结比影响显著,并且对应变、偏应力和孔隙水压力变化具有良好的指示作用。（3）基于以上试验结果及对无黏性海底沉积物声传播物理规律的认识,提出适用于无黏性沉积物的Biot-Stoll地声模型参数优选方法和参数化方案,并与实测结果进行了对比验证。研究发现基于现有Biot-Stoll模型参数取值方法计算得出的砂土、粉土沉积物压缩波速偏低。敏感性分析显示孔隙度、流体体积模量为主要优化参数,本文引入密实度、超固结比分别构建预测砂土、粉土沉积物孔隙度的参数化方案,并提出了流体体积模量修订方法。基于Biot-Stoll模型计算海底反射损失、开展海底底质分类并与实测值对比,结果显示本文提出的地声模型参数优选方法将底质分类准确率从75.0%提升至83.3%。