本发明公开了一种由高层建筑荷载和地下水抽灌引起土体分层沉降模型试验装置及试验方法,该试验装置包括模型箱、用于模拟研究区域的模拟材料、抽灌装置、数据测量设备、数字照相分析系统和数据采集设备,模拟材料按照研究区域的土层结构和建筑结构设置在模型箱内,将设置在模型箱内的模拟材料整体称为试验模型,抽灌装置用于对试验模型不同深度的地下水进行抽取和回灌,数据测量设备用于测量试验模型各土层内部的应力值和地表沉降量,数字照相分析系统用于监测和分析试验模型各土层分层沉降特性,数据采集设备用于存储并处理采集到的数据。本发明可以用于研究建筑物施工顺序以及分层开采和回灌地下水引起的各土层压缩变形特性及应力变化规律。