为认识典型黄土–古土壤系列地层结构的水分运移及湿陷变形规律，依托西安北至机场城际轨道项目于渭北黄土塬区所进行的大型试坑浸水试验，采用现场实时观测的方法，跟踪测试了无渗水孔条件下的湿陷性土层浸水渗透及湿陷变形。结果表明：在浸水前期，渗透水流以垂直运动为主，整体形态似一不断加大的“秤砣”形，随着水分运移至埋深较大土层时(约15.0 m)，水平运动开始加大，直至达到水分入渗扩散角界限，最终，浸润区及饱和区均呈现形似倒置“漏斗”的形态；受水分扩散的影响，沉降过程可划分为：初始浸水段–剧烈湿陷段–湿陷稳定段–停水孔压消散段–固结沉降段–沉降稳定段；古土壤层阻碍了水分的垂直渗透速度，并对其上土层的侧向扩散起到一定促进作用，停水后，则起到隔绝水分向下快速扩散的作用。研究结果为认识典型黄土–古土壤系列场地水分运移及湿陷变形规律提供了参考，亦可为该地区未来工程建设提供指导及借鉴。