黄土地区筑路工程常采用水泥改良黄土作为路基填料，在西北地区大温差的气候条件下，冻融循环将对路基的稳定性产生不可忽视的影响。为研究冻融作用对水泥改良黄土变形及强度特性的影响，在不同冻结温度、冻融次数及围压下开展了一系列三轴剪切试验。试验结果表明：水泥的掺入大幅提高了改良黄土的胶结强度，其应力-应变曲线均呈现出显著的应变软化特征，并采用非线性弹性模型与弹脆性模型分段描述其变形规律。水泥改良黄土初始切线模量、峰值强度及粘聚力随冻融次数的增大和冻结温度的降低而显著减小，其力学性质的劣化效应在冻融次数小于6次时较为显著。此外，采用响应面法对各因素及其之间交互作用进行显著性分析，得出围压是影响其峰值强度变化的最显著因素，冻融次数与冻结温度次之；当考虑影响因素间交互作用时，围压与冻融次数交互作用的显著性最强。