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本发明公开了一种全过程分层动态补水的冻胀综合测试装置及测试方法，适用于城市地下工程的人工冻结过程的相关研究。包括测试装置主体、框体结构和承载装置，测试装置主体设置在上、下方两个承载装置之间，所述测试装置主体包括多个叠放在一起的半圆形透明玻璃筒，最顶部设有上恒温冷板，底部设低温冷板，上下相邻的两个半圆形透明玻璃筒之间设有用以测试冻结土体内部冻胀压力的不透水柔性压力测试薄膜，每个半圆形透明玻璃筒上均连接有水平盘管，所述每个半圆形透明玻璃筒内分别装满测试土体。冻胀综合测试装置结构简单，使用效果好，可以模拟各种不同土层的独立补水过程，实现不同高度、不同土样、不同冻结过程的多物理量同步动态测试。