为探索低温和加载作用对陇东地区深厚富水白垩系砂岩的变形破坏特征的影响，利用 MTS-815 伺服岩石力学试验机和扫描电镜开展了不同岩性（中粒砂岩和粗粒砂岩）砂岩在不同温度（−30、−20、−10、−5、25℃）和围压（0、4、6、8MPa）下单轴、三轴压缩试验和微观结构测试，对饱和白垩系砂岩的冻结−加载变形、破坏特征及内部机制进行了系统分析。结果表明，砂岩试样峰前孔隙压密变形较显著，且中粒砂岩更甚，温度降低和围压增大均可减弱压密变形而提高刚度和强度；试样峰后扩容变形明显。随着温度的升高，试样弹性模量 、剪切模量 及体积模量 均呈先快速、后缓慢的非线性衰减规律，且相同条件下中粒砂岩总是低于粗粒砂岩；泊松比 和拉梅常数 的变化规律与其相反；这些变形指标与温度的关系可由统一的指数模型较好表征。负温冻结时，中粒砂岩的冻胀破坏强于粗粒砂岩，呈横向开裂和点状凸起破坏；加载条件下试样破坏模式受岩性、温度和围压影响显著。两种冻结砂岩的变形破坏差异性内在机制是由其颗粒、孔隙等宏微观结构特征决定的。研究结果将为西部寒区软岩力学研究和煤矿冻结井筒设计提供参考。