3DEC是3 Dimension Distinct Element Code的缩写，即三维离散单元法程序，顾名思义，3DEC是一款基于离散单元法作为基本理论以描述离散介质力学行为的计算分析程序。概括来讲，3DEC程序承袭了UDEC的基本核心思想，本质上是对二维空间离散介质力学描述向三维空间延伸的结果。

 

 

物理介质通常呈现非连续即离散特征，这里的离散特征可以现实表现为材料属性、或细观、宏观构造形态意义上的非连续，离散构成本质决定介质亦呈现力学意义上的非连续特点，即离散介质在受力时呈现的变形不连续现象。简单的来讲，所谓的离散介质可以定义为连续介质的集合体，连续介质之间则通过非连续特征发生相互作用。以岩体作为一般性解释示例，具有不同岩性属性的岩块（连续体）和地质结构面（非连续特征）两者构成岩体基本组成要素，在外力作用下，岩块可以表现为连续介质力学行为，岩块之间则通过结构面（非连续特征）实现相互作用，当结构面受力超过其承载极限时，岩块即表现为相互剪切错动、或脱开等现实破坏现象。

 

与有限元技术、FLAC/FLAC3D等通用连续力学方法不同地，属于非连续力学方法范畴的3DEC程序以介质的离散构成特征作为基本出发点，利用非连续介质力学来描述其力学行为，即采用朴素的力学方法分别描述介质内的连续性特征和非连续性特征，如将岩体的两个基本组成对象—岩块和地质结构面分别以连续力学定律和接触定律加以描述，其中接触（结构面）是连续体（岩块）的边界，单个的连续体在进行力学求解过程中可以被处理成独立对象并通过接触与其他连续体发生相互作用，其中连续体可具有可变形、或刚性受力变形特征。具体到具备可变形能力的单个连续体分析环节而言，介质受力变形求解方法完全遵从FLAC/FLAC3D快速拉格朗日定律。

 

 

计算原理的先后沿承关系决定了3DEC程序就物理介质对象的力学分析方法总体遵循UDEC程序基本思想，但不否认二者在具体技术处理环节上各具特色，从应用方法选择角度出发，有必要洞悉、理解方法意义上的异同点：

 

 

与UDEC程序一致地，3DEC以朴素的思想看待介质离散构成特征，将其视为连续性特征（如岩块）、和非连续特征（如结构面）两个基本元素的集合统一体，并以成熟力学定律分别定义这些基本元素的受力变形行为；

 

 

3DEC采用凸多面体来描述介质中连续性对象元素（如岩块）的空间形态，并通过若干凸多面体组合表达现实存在的凹形连续性对象，此外，非连续性特征（如结构面）则以曲面（三角网）加以表征；

 

表征连续性特征对象的凸多面体可以服从可变形、或刚性受力变形定律，如为可变形体，则采用与FLAC/FLAC3D完全一致的快速拉格朗日方案进行求解。连续性特征对象之间通过边界（非连续特征）实现相互作用，描述边界曲面受力变形可遵从多种荷载—变形力学定律（即接触定律），力学定律可以模拟凸多面体之间在公共边界处相互滑动或脱开行为；

 

 

在特定条件下，3DEC程序亦可蜕化为UDEC程序，尽管3DEC的开发初衷是描述三维空间离散介质的力学行为，但程序同样具备二维空间即平面分析能力，如3DEC同时提供平面应力、平面应变分析解决手段。

 

 

尽管连续力学方法中也可以处理一些非连续特征，比如有限元中的节理单元和FLAC/FLAC3D中的Interface（界面），但包含了节理单元和界面单元的这些连续介质力学方法与3DEC技术存在理论上的本质差别，具体可参阅UDEC概述内容。如将介质理想地看待为完全连续体，此时3DEC程序可蜕化为FLAC/FLAC3D等连续力学方法，只描述连续性对象即可，即3DEC程序可以选择在连续介质力学、与非连续介质力学分析功能两者之间切换，表现出强大通用程序特征。

 

 

 

离散单元法处理介质对象的朴素描述方法，决定了3DEC程序可以满足工程行业范围内的广泛地常规、超常规工程问题解决需求。基于UDEC方法基本理论的承袭、拓展关系，同时决定了3DEC程序在分析功能、及行业应用领域与UDEC程序具备绝对的共性特征，这里强调分析模式上的共性，如UDEC、3DEC均能考虑水、温度、动力等复杂受力条件对介质力学行为的影响，但就表达物理介质复杂形体特征、和赋存环境（如应力环境）等现实条件的吻合度而言，3DEC基于三维空间的描述方法显然比UDEC程序考虑的更为贴切一些。当然，以上论述并不突出强调方法论上的孰优孰劣，旨在建议应用者在分析方法选择环节，应建立在充分了解程序特征的基础上，最终根据问题自身特点和应用需求确定使用哪一款方法。

 

 

拉格朗日求解模式决定了3DEC具备强大连续介质力学范畴内的普遍性分析能力，同时离散单元法的核心思想更是赋予3DEC在处理非连续介质环节上的本质优势，特别适合于离散介质在荷载（力荷载、流体、温度等）作用下静、动态响应问题的分析，如介质运动、大变形、或破坏行为和破坏过程研究。即便3DEC程序的开发初衷旨在满足节理岩体的研究需求，并具有大量岩土工程相关行业内成功应用历史，但离散单元法理论本身并不限于特定工程行业，从本质层面角度描述固体介质物理组成、力学特征的理论优势更是将3DEC程序拓展到其他非岩土工程领域，概括地，3DEC程序部分应用领域可以简述为：

 

 

岩土工程：基本涵盖FLAC、FLAC3D、UDEC程序全部应用行业，并且本质上较之这些程序更有技术解决优势。具体地，行业问题主要集中在介质的变形、渐进破坏问题上，例如大型高边坡稳定变形机理、深埋地下工程围岩破坏、矿山崩落开采等。伴随程序功能的逐步延伸，3DEC更是成为复杂行业问题研究的首选工具，如岩体结构渗透特征（裂隙流）、动力稳定性、爆破作用下介质破裂扩展、冲击地压、岩体强度尺寸/时间效应和多场耦合（水—温度—力耦合）等问题；

 

地质工程：地质构造运动过程、断裂过程、水文地质等；

 

地震工程：板块运动、地震工程与工程振动

 

建筑/结构工程：建筑结构动力稳定、建筑材料力学特征研究（如混凝土变形、强度特征）；

 

军事工程：武器系统与发射工程，如弹道运动轨迹优化、炮弹爆炸作用对目标物的破坏过程研究等；

 

过程工程：农业、冶炼、制造、医药行业的散体物质（皮带）传送、筛选、和分装，如农业中土豆按大小的机械化分选和分装、冶炼行业中按级配向高炉运送过程中的自动配料研究等。

 

 

3DEC是一款高端产品，适合于广泛工程行业范围内常规、非常规问题研究，但应用层次的深化对用户的力学理论基础、和对工程实践认知能力提出较高要求。为促进用户取得突破性高水平成果，ITASCA中国公司向国内用户提供各种层次的培训，包括针对具体工程问题在ITASCA公司的长期培训。