本发明公开了一种沥青混合料圆柱体试件多轴加载试验装置及其试验方法，其装置包括水平轴、水平加载板、水平导杆、水平加载油缸、橡胶轮胎、液压马达、铅垂方向加载装置、机架，水平轴的一端通过轴承联结在机架的第一端板上，其另一端通过轴承联结在水平加载板上；沥青混合料圆柱体试件固定在水平轴上；水平加载板滑动安装在固定于机架上的水平导杆上，可由水平加载油缸对其加载；橡胶轮胎设置在水平轴的上方，由液压马达驱动通过摩擦力推动沥青混合料圆柱体试件随水平轴转动；铅垂方向加载装置设置在橡胶轮胎的上方，可对所述橡胶轮胎施加铅垂方向荷载。本发明能很好地模拟实际路面材料多轴受力状态，使得试件承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。