面向交通工程建设及运营安全的国际需求，研究交通工程建设与运营安全共性关键科学问题，揭示极端条件和复杂环境下交通工程结构力学行为演变的机理与规律，保证工程结构在建设和运营期间的运行安全、性能优化和提升。实验室经过多年的积累，凝练形成了复杂环境下路基结构服役行为与安全保障、隧道结构力学行为与变形控制、桥梁力学行为与安全控制、车辆动力学与交通工程机械故障诊断四个稳定的研究方向。
方向一：复杂环境下路基结构服役行为与安全保障
从非饱和路基变形特性与浸水劣化机理、寒区高速交通路基结构优化与灾变防控以及加筋土路基结构行为演变与性能保持等方面开展深入研究。
揭示非饱和土体动力湿化演化机理，构建热-水-土-气多相耦合模型，探求路基翻浆冒泥、不均匀沉降等病害产生规律，制定合理的病害治理方法，提出非饱和土地区路基沉降预测评估模型；针对多年冻土地区和季节性冻土地区路基的病害特征，创新路基结构优化与防护措施，探索抗冻胀、少维护、长寿命的层状基床结构填料性质、刚度匹配、结构优化与全寿命周期管理技术；探明服役期加筋土路基力学性能和位移特征发展演化规律，构建控制加筋土路基服役性能劣化的技术体系，形成基于稳定性和变形控制的加筋土路基设计计算理论和技术方法。
目标是构建复杂环境下路基结构行为演变与控制研究体系，提出基于服役期性能保持功能的路基结构设计理论、加固技术和劣化控制技术，实现路基结构的安全耐久。
方向二：桥梁力学行为与安全控制
从多重因素耦合作用下桥梁结构效应与安全风险理论、桥梁全寿命周期监测与状态评估以及桥梁施工装备及快速修复理论等方面开展深入研究。
揭示环境与应力复杂耦合作用下桥梁全寿命性能演化规律，建立多尺度损毁特征参数和多指标综合判释的快速评估模型；提出监测数据自动化与智能化处理方法及技术，形成支持多源、多模、异构的桥梁运行状态时空数据融合方法和基于检/监测数据驱动的桥梁全生命期性能演化规律与安全评估体系；研发先进可靠的桥梁提运架等大型工程建设用施工装备、桥梁快速抢修（建）应急工程装备，建立基于多尺度损毁特征参数的快速评估理论模型与快速评估系统，完善灾后桥梁基础设施的快速抢修（建）器材及技术储备。
目标是从致因-风险-感知-控制等保障全链条入手，建立动态时空环境效应下桥梁结构状态感知与现代养修的理论和技术体系，提升我国桥梁建设和运营安全的保障能力。
方向三：隧道结构力学行为与变形控制
从多场耦合条件下岩石静、动态损伤机理及损伤模型构建、软弱围岩隧道稳定性理论以及软弱围岩隧道施工过程力学与变形控制技术等方面开展深入研究。
揭示多场耦合条件下岩石静、动损伤的表征、累积和演化过程，建立岩石损伤模型及损伤积累与渗透率变化的耦合理论模型，掌握岩石损伤演化机理及规律；探究隧道围岩预变形、掌子面围岩挤出变形和洞周收敛变形与发展和施工过程的“时空效应”，基于变形协调突变理论及支护结构极限承载分析结果，研究隧道体系空间极限位移、位移速度与形态分布；分析隧道围岩与支护结构体系相互作用以及高地应力、地下水对隧道围岩稳定性的影响，完善软弱围岩、高地应力条件下隧道支护设计原理、方法以及隧道体系稳定性评价方法。
目标是构建隧道围岩稳定性控制理论和隧道施工过程力学与安全控制技术体系，为隧道工程的优化设计、灾害防控提供理论支撑，提升我国隧道工程的建设理论与技术水平。
方向四：车辆动力学与交通工程机械故障诊断
从车辆-道路相互作用系统动力学、高速机车车辆非线性动力学及交通工程机械故障诊断等方面开展深入研究。
考虑高维、时变、刚柔相互作用等特性发展车辆-道路相互作用动力学理论，提出磁流变作动器双曲滞后非线性模型，开发刚柔相互作用系统振动分析方法，研究车辆与交通工程结构动力学响应规律，揭示系统模态截断收敛机理，构建集建模、分析、仿真、试验于一体的车-路相互作用研究框架；拓展非光滑滞后非线性系统动力学分析与参数优化方法，分析机车走行部稳定性与非线性动力学行为，提出结合微观力学机理与宏观动力学表征的服役性能演化机理研究新思路，揭示机车车辆关键运动部件服役性能演化机理与规律，研制专用智能复合传感器，构建走行部服役性能检测体系；发展大型施工机械动力学状态监测与故障诊断理论，建立施工工艺驱动的三维安全分析体系，发展盲源信号分离及早期微弱故障信号传感检测技术，提出强背景噪声下的故障信号特征提取及分类模式识别方法，开发大型交通施工机械实时安全监测与预警云平台。
目标是构建一套较为完整的车辆与交通工程机械动力学与故障诊断技术体系，提高车辆运行的安全性和平稳性，减小车辆对线路和桥梁的动荷载，为保障交通工程结构施工与运营的系统安全提供理论与技术支撑。