本发明公开了一种研究海底盾构隧道管片上浮的试验装置及方法，其中装置包括封闭模型箱、隧道结构、侵蚀空洞模拟装置、加载装置以及监测装置，所述隧道结构及所述侵蚀空洞模拟装置均设置在所述封闭模型箱内，所述侵蚀空洞模拟装置环绕所述隧道结构设置，所述加载装置的一部分伸入至所述封闭模型箱内，所述加载装置的另一部分位于所述封闭模型箱外，所述隧道结构及所述封闭模型箱上设置有所述监测装置，所述封闭模型箱的顶部设置有排气阀、进水管、水阀和静压式液位计安装预留孔。用来模拟真实水土压力作用下，海底盾构隧道管片发生上浮时管片受力特性、位移大小和裂缝发展情况等。