本发明公开了一种大变形状态下土工膜水力特性衰变的测试装置，包括总控制计算器、无纸记录仪和土工膜，还包括拉伸试验模块和水力试验模块，所述拉伸试验模块包括万能试验机和拉伸膜架，所述拉伸模架安装在万能试验机的工作台上，所述拉伸膜架包括固定架、导向滑板、上连接杆、夹具组和拉力传感器；本发明结构独特，操作方便，有效的解决了现有装置不能真实模拟并测量实际工程中土工膜处于大变形状态下水力特性的问题，还解决了在对土工膜进行固定变形量拉力特性测试时，需要长时间使用万能试验机，导致万能试验机寿命缩短的问题。