自然条件下,岩体内部宏-微观缺陷（孔洞、裂隙等）是导致地下工程失稳破坏的主要诱因,而超声波是检测地下岩体缺陷尺寸、形状和位置等特征的良好信息载体。本文通过超声波物理试验与数值模拟相结合的方法,研究红砂岩缺陷特征与超声波声学参数的关系,进而建立红砂岩岩体缺陷预测模型。首先,考虑了孔径尺寸、孔洞形状和试块尺寸3种控制条件,设计14组包含不同缺陷特征的试块,并利用岩石声波测试仪对声波透过不同试块后的波速、波幅和频率等参数进行了记录;分析试块缺陷特征与超声波参数的相关性,拟合其相关性函数。其次,基于超声波测试试验结果,进行COMSOL Multiphysics数值模拟,研究超声波参数及能量（声压强度）的衰减规律,并验证相关性函数的准确性和适用性;最后,以孔径尺寸和模型尺寸这两种因素为验证条件,将数值模拟计算所得声压值与超声波测试试验所得幅值以及波速为验证参数,对模拟计算结果与试验测试结果进行验证分析,基于声波参数数据集根据人工神经网络（ANN）模型,拟合波速、幅值、声压与岩样尺寸、孔径大小之间的关系,将该模型运用于预测数据集,预测岩样尺寸和孔径大小并与真实数据进行验证。研究结果表明:（1）岩样中孔洞的存在会使超声波的波速和幅值均减小。在均质各向同性的完整无孔洞岩样中,超声波的传播沿直线定向传播,没有异性介质干扰,其声波波速和幅值比较大;而打孔后的岩样,在超声波穿过孔洞会发生散射、绕射以及反射,声波能量发生损失,从而导致波速和幅值的降低。其中波速随着岩样中孔洞尺寸的增大无明显变化规律,说明孔洞尺寸对波速的影响不大;首波幅值随着孔洞尺寸的增大呈线性递减趋势,衰减系数则呈线性递增趋势。（2）同岩样尺寸、同孔隙度、孔洞形状不同的条件下,首波幅值和衰减系数在孔洞形状的影响下,其变化幅度比较显著,孔洞纵横比越大,首波幅值越大,衰减系数则越低。孔洞尺寸、形状相同,岩样尺寸不同的条件下,当岩样尺寸越大,其孔隙度越小,孔洞对声波接收端信号的干扰越弱,而幅值则越大,衰减系数越小。（3）根据COMSOL Multiphysics数值模拟软件,运用数值计算分析超声波在三维孔洞介质中的传播规律及声压分布特征,对超声波波幅透射系数、能量传播与孔洞尺寸、孔洞形状、模型尺寸之间的相关性回归分析,并与试验测试结果验证,发现结果一致性较好。（4）结合岩体与超声波的物理性质,考虑幅值、波速和声压三个影响因素,提出了一种基于ANN预测岩体及孔径尺寸的方法。在超声波物理试验和数值模拟数据及其增强样本中,岩体尺寸和孔径尺寸测试集的R~2分别达到0.999和0.997。证明了此方法可有效用于规则岩体及其孔洞尺寸的预测,对于岩体及其缺陷的探查有一定的意义,表现了岩体物理性质与数据挖掘结合的可行性。该模型可通过超声波参数（如超声波幅和声压等）反演岩体内的孔洞缺陷大小与岩体尺寸大小,为岩体工程失稳破坏预警提供重要的判别依据。