浅层气是海洋环境中重要的工程地质灾害之一,在我国的黄渤海、东海和南海片区均有一定程度的分布,尤以东海近海片区分布最为典型。随着我国海洋经济开发以及对能源需求的持续增长,一些工程建设将不可避免会在潜存浅层气的海域范围内展开。深入研究海床含气沉积物的声学响应特性,进一步完善海洋含气沉积物的探测技术和识别理论,对于海洋环境下相关基础设施建设、能源和资源开采以及防灾减灾工程具有重要的意义。声学探测是海底沉积物无损探测的主要手段。本文以我国东海杭州湾海床含气砂质沉积物为研究对象,开展CT扫描实验,获取气泡尺寸分布,依据气泡共振规律,选取适宜的激振频率,开展声学响应特性实验研究,并与Anderson-Hampton模型对比,提出改进的声速模型。主要研究内容如下:第一,改造完善实验设备,基于GDS应力路径三轴仪,增加弯曲-伸展元测试系统、带有高精度低量程差压传感器的双压力室系统,并配合自主研制高压溶气饱和仪,成功实现了含气砂质沉积物的试样制备和声学实验测试。第二,为了解含气砂质沉积物中气泡的赋存状态与尺寸分布规律,自行设计加工了可用于含气砂CT扫描的装置,利用225kV-3D-micro-CT进行扫描,借助VGStudio MAX软件处理扫描图像,获得了含气砂质沉积物中的气泡赋存形态和尺寸大小分布;利用Log-logistic概率密度描述气泡尺寸分布规律,同时根据Log-logistic概率密度函数中参数属性,预测了含气砂质沉积物中孔隙率和含气量变化时,气泡尺寸分布规律。第三,基于气泡尺寸分布规律,得到气泡共振频率的范围,研究低于气泡共振频率下,含气砂质沉积物的声学响应,并结合室内三轴砂样尺寸大小,确定室内声学测试激振频率范围;选取适宜的激振频率,开展声学实验,获取了含气砂质沉积物的幅值和声速参数。最后,重点介绍Anderson-Hampton模型的适用性与局限,并与实验实测数据对比,阐述了模型预测与实测结果差异性产生的原因。依据含气量与压缩波速关系,提出了改进的含气砂质沉积物声速响应模型;针对该模型参数,进行灵敏度分析,检验了模型的适用性。