在交通、地震等动荷载的作用下，寒区工程地基土体所受应力路径复杂，不仅主应力差值的大小在连续发生变化，而且主应力轴的方向在时间和空间上也连续发生旋转，这对于地基中冻土的变形和强度具有显著的影响。传统的冻土试验仪器，如静动三轴仪、直剪仪均无法完全模拟冻土在复杂应力路径条件下的应力状态。目前能够较为理想地模拟复杂应力路径的试验仪器主要是空心圆柱仪，但是由于国内外现有的空心圆柱仪主要集中于融土力学性质的研究，不具备试样的降温和控温功能，因此无法开展冻土的试验研究。为此，中国科学院冻土工程国家重点实验室与美国GCTS公司合作改进了空心圆柱仪，可为冻土在复杂应力条件下的强度、变形特性和本构关系等研究提供相应的技术手段。　　论文首先介绍了冻土空心圆柱仪的组成，传感器量程以及动荷载频率的选取过程。着重介绍了冻土空心圆柱仪可控温压力室的设计原理，并且对系统的控温能力进行了验证，结果证明该设备可以达到预期的降温能力和控温要求。并研制了适用于黏性土空心圆柱试样的制样辅助设备，制备了满足试验要求的重塑黏土试样，为下一步开展复杂应力路径条件下冻土的力学性质奠定了良好的基础。试验前对仪器的性能进行了调试，主要包括加载参数的稳定性、复杂应力路径的实现能力和试验数据的可重复性，使仪器达到了良好且稳定的工作性能，能够开展冻土在复杂应力路径下的力学试验研究。　　最后开展了平均主应力p值恒定条件下青藏粉质黏土的定向剪切试验，重点分析了中主应力系数和主应力方向角对冻结黏土强度和变形的影响。试验结果表明:(1)当温度为-10℃，中主应力系数b=0或b=0.5时，随着初始主应力方向角的增大，轴向变形由压缩状态的正值逐渐过渡到伸长状态的负值(2)利用修正后的Duncan-Chang双曲线模型能够较好地描述冻结黏土广义剪应力-应变关系;(3)随着主应力方向角α的增加，冻土的剪切强度呈现出先减小后增大的规律，并且在主应力方向角α为45°时降到最低;(4)当主应力方向角α相同时，随中主应力系数的增大，强度总体呈减小的趋势。