本发明提供了一种充填料浆倾落、流动形态和力学强度演变试验装置及方法，装置包括充填料浆制备模块、物理模拟模块、轨迹捕捉模块、钻孔取样与观测模块；通过充填料浆制备模块、物理模拟模块、轨迹捕捉模块、钻孔取样与观测模块的设置以及相应试验步骤，能够分析充填料浆高处自由倾落和平面流动轨迹，从而揭示高大空区嗣后充填料浆垂直下落和平面流动过程中的物料离析演化特征，探究与料浆离析相关联的空区内充填体强度分布规律，试验合理且可信度高，为高大空场嗣后充填采矿法相关设计与质量控制工作提供理论依据和技术支持。