本发明涉及一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置及实验方法，根据施工现场的填料类型制备粗粒土填料试样；进行振动实验，记录填料干密度随振动时间的变化情况，采集振动压实过程中加速度随振动时间的变化情况；获取试样加速度幅值以及频谱特性，建立填料干密度的变化与加速度频谱谐波之间的对应关系；在实际压路机施工过程中，根据对应关系，由测量获得的加速度频谱变化获得填料压实度变化。本发明采用连续测距的方式，分析振动压实参数下填料的密度连续变化；采用振动加速度采集的方式，分析振动压实参数下填料的加速度幅值、频谱分析，为填料最优压实参数提供依据；联合密度变化、加速度变化的数据快速实时分析，为现场施工提供依据。