自然界中诸如泥石流、雪崩和山体滑坡等自然灾害其本质上可归属于颗粒体系失稳导致的类固—液相变过程。然而实际研究对象数以亿计的基本单元数目以及偏离平衡态的强耗散性特性使得无论是理论研究亦或是微观实验观测都面临巨大的挑战。本文将讨论脉冲波在受限颗粒固体中的传播特性及波速同样品弹性性质之间的关系,并以超声脉冲波探测作为观测手段研究颗粒固体受直剪作用发生类固—液相转变时体系微观结构发生的变化。我们已经知道连续介质中传播的声波波速取决于介质的弹性模量与密度。然而颗粒样品内部不均匀的应力分布、材料制备历史过程等因素都使得颗粒物质中的声波传播现象和机理更加复杂。我们利用飞行时间法观测脉冲波在颗粒固体样品中的传播特性,发现接收到得波形由低频稳定的前沿E波和后续的杂乱无章且对微观结构敏感的尾波S波两部分组成,并且入射脉冲波宽度、接收器大小组成样品的颗粒粒径都会影响E波和S波的强度和持续时间。同时结果证实样品存在声速随样品的长度增加而变大的实验现象。直接剪切是一种最简单常见的颗粒固体发生类固—液相转变的实验手段。进行直剪实验时如果组成样品的颗粒数不满足足够多的条件,颗粒固体所独有的不均匀的力链结构会造成体系的剪切应力表现出明显的尺寸效应。我们排除光洁度、表面摩擦系数、恢复系数、分散度等因素的影响利用高精度球形玻璃珠进行精确的直剪,实验研究直剪颗粒固体尺寸效应问题。结果表明样品长度与颗粒粒径比例和样品厚度和长度的比例两个因素会对实验结果产生影响。我们建议直剪仪测试标准应当作出相应的修改。根据连续介质的声学理论,固体中声波存在纵波和横波两种模式而液体中只存在纵波一种模式。颗粒固体受到直剪作用后最终达到的临界状态的标志是样品的剪切应力不会随着剪切形变的增加而变大,这一点同液体的受剪行为极其类似。因此颗粒固体受剪流化过程对于样品中声波传播的影响成为非常值得深入探讨的问题。我们利用直剪仪构建起一套颗粒固体声速——应力检测系统并对直剪颗粒固体进行了研究。结果表明类固态区压缩波和剪切波的振幅与速度均随剪切位移的增大而迅速减小,到达屈服点后声速和振幅逐渐达到稳定状态。利用颗粒物理领域较成熟的等效介质理论以及近年来得到长足发展的颗粒固体流动力学理论对实验结果进行了定性与定量的讨论。颗粒固体流动力学理论的计算结果和实验结果符合得很好,并确认声速的变化是由样品产生的剪切应力与体积膨胀所导致,并非由剪切带内的耗散造成。