本实用新型公开了一种模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程的试验装置，包括土样罐、水箱、水泵、温度传感器、控制器、桩柱模型和压力加载系统，土样罐包括罐体、顶部控温补水装置和底部控温补水装置，顶部控温补水装置滑动置于罐体内，底部控温补水装置对称固定于罐体底部，顶部控温补水装置包括控温板和补水板，在控温板的内部设置有制冷机构，补水板下表面设置有若干与中空结构连通的补水管，控温板和补水板的中心位置开设模型孔，桩柱模型穿过模型孔插入罐体内部土样中。本实用新型通过补水板板面上均匀排列设置的补水管可以直接对土样进行均匀的补水，控温板直接与土样接触，提高了降温效率，准确模拟实际工况桩柱体冻拔融沉过程。