本发明公开了一种模拟寒区隧道排水系统冻结过程的多功能试验装置，包括：试验箱，其内部空间为用于填充围岩材料的填充腔，填充腔的腔壁上安装有渗流管路系统；透明式隧道缩尺试验模型，其通过支架安装在填充腔内部，透明式隧道缩尺试验模型的内壁上环形布置有多个用于拍摄透明式隧道缩尺试验模型上的透明式排水系统的图像的摄像头；试验环境风机，其出风口连接有风管，风管的末端通入透明式隧道缩尺试验模型的隧道内部；多个布置在缩尺模型外周侧的温度传感器和渗流传感器；以及处理终端。该装置能够模拟隧道排水系统的冻结过程、又可对隧道围岩的渗流工况和围岩温度场工况进行模拟，使得试验装置具有多功能性，提高了隧道冻害研究的便捷性。