随着全球经济的快速发展,高层与超高层建筑、特大桥梁、地铁施工与维护、水利工程建设等项目数量逐年增加,在工程中为了保证建筑的安全稳定,需要对工程岩体结构面试样进行抗剪强度直剪试验。岩体力学研究中常采用直剪试验与工程地质勘测结合分析的方法,来获取岩体结构面抗剪强度。为了提升直剪试验数据的可靠性,需要对岩石直剪仪设备进行优化设计。本文主要对1000k N岩石直剪仪设备的主机框架及重要部件进行静力学分析与模态分析,根据静动态分析结果确定垂向液压底座与左立柱为优化对象,对垂向液压底座与左立柱进行结构优化并对比分析优化前后主机框架的静力学性质与质量。对该设备的液压系统进行仿真,以垂向与水平液压加载系统为重点,分析其仿真结果并对液压加载系统进行优化设计。本文主要研究内容如下:（1）建立设备主机框架的三维模型,并进一步建立其有限元模型。通过力学分析与理论计算,确定主机框架的约束条件与受力情况。对设备主机框架进行静力学分析及模态分析,得到主机框架的位移、应力分布云图和前十阶振型、固有频率等参数。通过分析得出主机框架结构中需要优化的部分,确定垂向液压底座与左立柱为优化对象,为主机框架的优化设计奠定基础。（2）采用基于响应面的优化方法对主机框架进行尺寸优化,优化后主机框架的静态特性提高,主机框架的最大变形量减少了7.4%,质量减少1.2%,主机框架的力学性能提高并实现轻量化。通过对比优化前后1000k N岩石直剪仪的静动态性能,验证了优化设计的有效性。（3）利用Amesim软件进行液压仿真,对垂向与水平加载液压系统的特性进行综合分析。优化垂向与水平加载液压系统的闭环控制参数,优化后垂向液压缸实际输出力的震荡值减少51.4%,水平液压缸能够实现位置控制的精确性,活塞速度控制在48 mm/min以下,提高了液压加载系统的稳定性和加载精度,更好地满足岩体结构面抗剪强度实验的要求。