本发明涉及一种交通荷载作用下冻融软土水分迁移演化过程的试验系统，包括：土样冻结装置，包括土样腔和冷冻模块，土样腔用于放置土样，冷冻模块用于冻结土样腔内的土样；温度测量装置，用于测量土样腔内土样的温度；水分测量装置，用于测量土样腔内土样的水分变化；位移测量装置，用于测量土样位移变化；加载装置，用于对土样进行单点模拟加载；数据接收处理装置，连接温度测量装置、水分测量装置和位移测量装置，接收数据并进行处理。与现有技术相比，本发明通过竖向分层分区域的温度测量、平面位移测量及水分测量相结合来分析循环振动作用下冻融软土水分迁移演化过程，从而可以达到对交通荷载作用下冻融软土水分迁移演化过程进行实时监测。