本发明属于铁路隧道试验装置技术领域，提供一种寒区隧道排水系统冻害模拟试验装置，包括：底板、山体外壳和模拟隧道，山体外壳设置在底板上方，模拟隧道贯穿山体外壳，模拟隧道内部设置有排水系统，山体外壳的顶部连接有渗水组件，模拟隧道的两端均设置有试验环境风机，试验环境风机靠近模拟隧道的一端设置有移动结构，移动结构的一侧设置有转动组件；本发明通过控制器控制喷头中水的流量，并且同时开启两边的试验环境风机，由于山体的迎风面和背风面有温差，可根据实际情况调整两个试验环境风机的风量，最大程度的模拟出两面的温差，以及不同位置的排水系统的冻害情况，方便了解隧道内两边冻结圈的范围，并根据该范围做出相应的措施。