本发明为一种可变形转动式砂箱物理模拟装置及其模拟方法，该装置包括砂箱箱体，砂箱箱体包括上盖板和下盖板，上盖板和下盖板之间连接能变形的侧板结构，上盖板、下盖板和侧板结构之间构成砂砾的叠加模拟实验腔；砂箱箱体的顶部连通设置砂砾添加结构；可变形转动式砂箱物理模拟装置还包括控制部；侧板结构由多个分侧板部连接构成，各分侧板部能沿水平方向移动模拟砂砾挤压和伸展工况，各分侧板部还能绕竖直方向转动模拟砂砾走滑工况，各分侧板部上均连接设置三维度控制砂箱物理模拟动力装置。该装置及其模拟方法，基于实际油气勘探作业的需要，通过改变侧板形状实现对砂砾的进行伸展、挤压和走滑等多种复杂工况的叠加模拟实验，普适性强。