本发明涉及隧道模型试验技术领域，公开了一种隧道三维模型加载试验台及用于隧道病害观察的试验方法。本发明包括反力框架基础、轮轨装置、加载系统和量测系统；反力框架基础包括底板、设置在底板上的门形框架和设置在门形框架内的弧面反力框架，弧面反力框架内部穿设有隧道模型；轮轨装置包括底板上方的轨道、可沿轨道相对滑动的平移车和设置在平移车上的模型底座；加载系统包括设置在弧面反力框架内侧的加载装置，顶撑在隧道模型顶部外侧壁上的弧面加载板，连接加载装置和弧面加载板的加载弹簧；量测系统包括压力传感器和位移计。本发明结构简单，操作便捷，能进行隧道区间全周加载、用于模拟隧道三维模型，传力准确性高，应用范围广泛。