本发明公开一种受荷冻融条件下衬砌结构的力学性能测试系统及方法，涉及地下工程技术领域，包括扇形箱体、注油泵、酒精循环制冷机组、压力泵、多个温度传感器与多个受力传感器；所述扇形箱体内部具有沿径向从内向外共分隔成四个区域，分别为真空区、混凝土区、粘土区、注油区，所述混凝土区内设置有混凝土块，所述粘土区内设置有粘土块；多个所述温度传感器与受力传感器均匀放置于混凝土块与粘土块内部；本发明的测试系统，可调节范围广，通过调节温度，可以模拟不同温度、不同受荷状态下的混凝土，同时对相应的力和温度变化有着很好的记录，可以更容易得出有效的经验规律，有助于工程减灾的进行，有较高的科学价值。