本发明公开一种变水头软黏土固结模型试验箱及其使用方法，属于海洋工程中海底管道的技术研究领域。它由固结系统、真空泵和高清相机组成，所述的固结系统包括自由水桶、模型箱、集水桶，其中自由水桶放置于模型箱上部一定高度处，二者通过管线连接，桶内自由水在水头压力作用下涌入模型箱；模型箱侧面采用方便观察土体变形的有机玻璃制成，其底部设有与集水桶相连的排水口，集水桶是由高强度钢材制成的密封水桶，前后侧各设有一个连接口，分别与模型箱和真空泵相连；所述的真空泵对集水桶抽气产生负压，软黏土中自由水在负压吸力下吸入集水桶；所述的高清相机置于模型箱正前方，用于拍摄模型试验中土体的变形。本发明通过水头压力和负压吸力共同作用促进了软黏土中自由水竖直向下渗流，实现了软黏土的快速固结，使土体达到原位抗剪强度。