La acción de congelación-descongelación tiene un gran impacto en los procesos de deterioro físico y mecánico de los materiales rocosos en áreas frías donde los cambios ambientales son muy complicados. En este trabajo se adoptó la prueba de corte directo bajo tensión normal de descarga para investigar el comportamiento mecánico de corte de muestras de arenisca después de un ciclo de congelación-descongelación. Se analizaron el desplazamiento de corte de fallo (D), el desplazamiento normal de fallo (D), el desplazamiento de corte de descarga (D) y el desplazamiento normal de descarga (D) para describir la evolución de la deformación de corte y normal durante la prueba. Los resultados indicaron que el desplazamiento de corte aumentó a medida que aumentó la duración del ciclo de congelación-descongelación en una prueba de corte directo bajo tensión normal de descarga. La tasa de descarga y el número de ciclos de congelación-descongelación afectaron significativamente el patrón de fallo de la muestra de roca tanto en la prueba de corte directo bajo tensión normal de descarga como en la prueba de corte directo. El ángulo de inclinación tridimensional, el coeficiente de distorsión y el coeficiente de correlación de rugosidad de la superficie de fractura dependen del número de ciclos de congelación-descongelación y de la tasa de descarga. El modo de gradiente promedio de la superficie de fractura disminuyó a medida que aumentaron el número de ciclos de congelación-descongelación y la tasa de descarga.