巖石的彈性波速度受其礦物成分、結構、孔隙度、含水量、壓力和溫度等多種因素的影響。文獻[4]詳細介紹了相關的研究成果。
9.2.1.1巖石成分對超聲波傳播的影響
火成巖中的礦物結合緊密，孔隙空間很小。彈性波速度主要由礦物成分決定。縱波速度隨著應時含量的增加而減小。酸性火成巖的密度小於基性巖的密度，所以火成巖的縱波速度與密度有明顯的正相關關系，可以用線性關系回歸。然而，不同的研究人員測試不同的巖石，並給出不同的經驗公式。Birch給出的關系[10]為
υP=2.76ρ-0.98
而沃羅維奇和巴尤克給出的關系[11]是
υP=3.25ρ-3.46
其中波速的單位是千米/秒；密度單位為103kg/m3。火成巖的橫波速度和密度也近似線性。
沈積巖不僅含有更多的孔隙，而且成分比火成巖更豐富、更復雜。因此，沈積巖中的波速與密度的關系遠不如火成巖中的清晰。圖9-1給出了幾種主要類型的火成巖、變質巖和沈積巖的彈性波平均值和變化範圍，從中可以明顯看出沈積巖的波速低於火成巖，相似巖石的波速變化範圍較大。
圖9-1主要火成巖、變質巖和沈積巖的彈性波平均值和變化範圍[4]
9.2.1.2孔隙對超聲波傳播的影響
沈積巖中有很多孔隙，孔隙中的空氣大大衰減了縱波。即使是飽和水，縱波在水中的速度也比在巖石基體中的速度低。橫波只能在固體中傳播。因此，可以預期，巖石中孔隙度的增加會導致波速的降低。火成巖也是如此。文獻[12]給出的飽水砂巖樣品的測試結果表明，縱波和橫波的速度隨孔隙度近似線性減小。
9.2.1.3溫度和壓力對超聲波傳播的影響
在壓力的作用下，巖石中的裂縫閉合，孔隙會隨著壓力的增加而逐漸減少。因此，在壓力增加的初始階段，聲波速度增加很快，而在高壓力下，速度增加很慢。隨著溫度的升高，巖石中的波速有降低的趨勢。隨著深度的增加，地殼巖石的壓力和溫度會同步增加，因此波速隨深度的變化更加復雜。淺部受壓力影響較大，波速隨深度增加；深度受溫度影響較大，波速隨深度增加而減小；同時，也存在波速不變的情況。在中國大陸的地殼底部，P波速度都被歸壹化為大約8公裏/秒..對於沈積巖中泥質成分多、孔隙度大的巖石，波速受溫度和壓力影響較大；反之，則更小。
9.2.2巖樣尺寸和超聲波參數的選擇
波速υ是巖石的壹個特征參數，波長λ是波速υ與頻率f的比值，λ = υ/f因此，在巖石樣品的超聲波檢測中，為了利用公式(9.1)和(9.2)計算彈性波的速度，需要選擇合適的樣品尺寸和換能器頻率。具體來說，波長必須足夠大，可以忽略顆粒界面等的影響，巖石可以視為均勻彈性介質；同時，波長必須足夠小，以便將樣品視為無限介質；與長度相比，樣品的直徑很大，樣品邊界的影響可以忽略。但具體選擇樣本量和波長，要求所有規定不完全相同。
國際巖石力學學會(ISRM)標準化委員會規定:D≥10λ，λ > d，L≥10d。美國材料與試驗協會(ASTM)規定:D≥5λ，λ > 3D，5D≥L≥10d。d是樣品的最小橫向尺寸；l是樣本長度；d是巖石顆粒的平均尺度[2]。
根據《水利水電工程巖石試驗規程》的要求，試驗所用換能器的頻率應根據試件的直徑和材料性能在50k Hz ~ 1 MHz範圍內選擇，d ≥ 2λ [9]。對試件尺寸的要求是圓柱體的直徑或方圓柱體的邊長應為48 ~ 54 mm，直徑或邊長應大於最大粒徑的10倍；試樣高度與直徑或邊長的比值應為2.0 ~ 2.5。
9.2.3巖石動態和靜態參數的區別
楊氏模量和泊松比系數是巖石的重要參數，其測定方法在試驗規程和教科書中有詳細描述。壹般來說，圓柱形樣品需要進行單軸壓縮試驗。另壹方面，由於超聲波檢測非常方便，且對巖石材料無損傷，所以通常在壓縮試驗前對巖石樣品進行超聲波檢測。基於彈性波理論，通過測量巖石中P波的速度υP和S波的速度υS，可以確定巖石的動態彈性模量和動態泊松比系數。
設R=υP/υS，由公式(9.1)和(9.2)得到泊松比系數。
νd=(R2-2)/2(R2-1) (9.4)
它唯壹地由波速比r決定，並隨它而增加；然後得到彈性模量。
巖石的力學性質
它也是由公式(9.1)得到的
巖石的力學性質
通常，由超聲波速度確定的參數稱為動態參數，而由壓縮試驗得到的參數稱為靜態參數。大量實驗證明，巖石材料的動態參數和靜態參數並不相同[3，4]，因此尋求它們之間的轉換關系成為研究目標。但巖石種類繁多，內部存在孔隙、裂隙等不同的微觀結構，動靜態參數之間不壹定存在統壹的關系。然而，超聲波穿過樣品時，巖石的變形很小，與實際工程中巖體的變形完全不同。
如果存在壹個具有壹定內聚力並貫穿整個試樣的大傾角弱面，單軸抗壓強度和楊氏模量會很低，但超聲波速度仍然可以很高。超聲波測量時探頭與樣品端面的耦合，即油脂(縱波)或錫箔(橫波)，是壹個明顯的弱面，但它們不影響超聲波的傳播。另壹方面，類似的開口裂紋可以阻止超聲波的傳播，而軸向壓縮時裂紋可以閉合載荷，對平均模量和強度沒有顯著影響。
動態泊松比
從公式(9.4)可以看出，當縱波波速與橫波波速的比值r較小時，不僅νd較小，而且其變化對νd的影響也較大(圖9-2)。當r小於2時，動態泊松比變為負值。因為巖石不是完全的線彈性材料，負泊松比是完全可能的。然而，這並不意味著當巖石在縱向被壓縮時，它們也在橫向被壓縮。
文獻【13】通過對比大量實驗數據，得出動靜泊松比系數之間沒有關系。毫無疑問，由於巖石的非均質性和剪切波速的測量偏差，動態泊松比的適用性需要研究。
文獻[2]對片巖、粉砂巖等7塊巖心進行了單軸壓縮試驗，其縱波波速與橫波波速之比r小於2，在軸向壓縮初期側向變形減小。根據泊松比與體積模量K和剪切模量G之間的關系，
ν=(3K-2G)/(6K+2G)(9.7)
所以認為泊松比的範圍是-1≤ν≤0.5，有負值也是可以理解的。
圖9-2縱橫波速度比和動態泊松比
而巖石並不是均勻的、各向同性的、線彈性的，不能完全用上述公式來描述，實測的側向變形很小。因此，負泊松比是否代表巖石的真實行為值得懷疑。下面只說明作者得到的負泊松比的幾種情況。
9.2.4.1動態泊松比系數為負。
動態泊松比系數完全由縱波和橫波的速度比決定，影響超聲波速度的因素很多。巖樣的初始非線性變形表明其中存在裂縫，裂縫降低了縱波速度。當測試剪切波時，需要施加相當大的接觸載荷，這有時可以減少裂紋的影響。這也是某些巖樣的動態模量低於其靜態模量的根本原因[5]。
9.2.4.2使用應變儀來測量變形。
在巖樣側面粘貼應變片測量軸向和側向變形是壹種傳統的方法。由於巖石結構的非均質性和屈服破壞的局部化，應變片測量結果通常隨粘貼位置而變化。特別是當球形壓頭與巖樣的軸線不壹致時，巖樣的內部變形會隨著加載初始階段的位置發生顯著變化。即巖樣在承受壓應力的同時承受壹定的彎矩，某壹部分完全有可能產生軸向拉伸和側向收縮變形，這在結構力學中稱為大偏心壓縮。因此，最好在巖樣外側每隔120貼三組應變片，而不是兩組[9]，以檢查加載是否均勻。
9.2.4.3用位移計來測量。
作者使用RMT-150 B試驗機，用兩個位移計測量巖樣的側向變形。由於巖樣端面的加工質量和傳感器的安裝，在軸向載荷作用下，巖樣的位置可能會發生宏觀移動。但位移計並不與巖樣固定在壹起，其讀數並不完全是巖樣的側向變形。這個在之前的章節1 1.7.1已經討論過了。
顯然，動態泊松比系數不能作為壹個力學參數來表達巖石材料的變形特性。