本发明提供了一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置及方法，该装置包括直角四面体基座，6个角度测量器，测试导线。直角四面体的6条棱分别装有角度测量器，角度测量器与测试导线连接，组成三维应变状态测试装置。同时提供一种基于直角四面体角应变的三维应变状态测试装置的测试方法；依据广义角应变与常规应变之间的关系，直角四面体的6个二面角即可推算出对应坐标下的常规应变状态，并利用建立的空间坐标系和数学基座提出三维应变状态计算方法。本发明的有益效果是：新的三维应变状态的计算方法，丰富了常规应变状态的计算手段，计算精度高达0.6ρ～0.8ρ，对土体应力应变测试及本构研究具有重要参考价值。