دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی عمران امیرکبیر 2588-297X 57 12 2026 03 02 Hybrid Boundary-Finite Element Method for Modeling Artificial Freezing in Soil Environment Including Rock Type Inhomogeneities ارائه یک مدل هیبرید مرزی-محدود جهت مدلسازی توسعه انجماد مصنوعی در محیط خاک شامل ناهمگنی سنگی 2033 2054 6006 10.22060/ceej.2026.24756.8345 FA بهمن انصاری گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان. علیرضا فیروزفر گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران Journal Article 2025 09 18 This research proposes a hybrid numerical method, for modeling the development of artificial ground freezing in soil containing subsurface inhomogeneities. In this approach, by combining the Boundary Element Method (BEM) and employing time-independent fundamental solutions, appropriate boundary integral equations are developed. The volume integrals arising from the presence of dynamic terms are incorporated into the equations using the Finite Element Method (FEM). For this purpose, a type of boundary-finite element, combining a quadratic boundary element with a three-node triangular finite element, was developed, and the solvable forms of the final equations were presented. <br /><br />Subsequently, by implementing the hybrid method into a computational algorithm, its accuracy and efficiency was evaluated and validated by solving several benchmark examples. Finally, in a parametric study, the application of the hybrid method for modeling the development of artificial freezing in saturated soil containing a inhomogeneities in the form of an unsaturated rock mass is described. The effects of varying the cross-sectional area of the inhomogeneities and its distance from the freeze pipe were evaluated. <br /><br />The results of the parametric study indicate that the presence of the inhomogeneities reduces the volume of the freeze bulb by up to 20%. Furthermore, inhomogeneities with a circular cross-section were more limited the development of freezing compared to a square shape. در این تحقیق یک روش عددی موسوم به روش هیبرید مرزی-محدود برای مدلسازی فرآیند توسعه انجماد مصنوعی در خاک شامل ناهمگنی زیرسطحی پیشنهاد شده است. در این راستا با ترکیب روش اجزای مرزی و روش اجزای محدود و با استفاده از حل‌های اساسی مستقل از زمان، معادلات مرزی-حجمی منطبق بر مسئله انجماد مصنوعی توسعه داده شده است. در ادامه نوعی از المان مرزی-محدود مرکب از المان مرزی درجه دوم و المان محدود سه گره‌ای-مثلثی توسعه داده شده و روابط لازم برای بکارگیری آن در فرآیند حل شرح داده شده است. سپس با وارد کردن روابط و روش توسعه داده شده در یک کد محاسبات، با حل چندین مثال صحت‌سنجی دقت کد مزبور مورد ارزیابی قرار گرفته است. در نهایت نیز در یک مطالعه پارامتریک نحوه استفاده از روش مرزی-محدود برای مدلسازی توسعه انجماد مصنوعی در خاک که شامل ناهمگنی زیرسطحی از جنس توده سنگ غیر اشباع است شرح داده شده و اثر شکل ناهمگنی و همچنین فاصله آن از میله انجماد ارزیابی شده است. نتایج مطالعات پارامتریک نشان داده است که حضور ناهمگنی موجب کاهش حجم حباب انجماد تا 20 درصد شده و ناهمگنی با سطح گردگوشه اثرات نامطلوب‌تری بر توسعه انجماد مصنوعی در مقایسه با ناهمگنی با سطح تیزگوشه دارد. https://ceej.aut.ac.ir/article_6006_91ba4a4478a66bee9812b0804b6f9d1b.pdf