Обнаружил, что класс [:alnum:] и спецклассы "\w" и "\w" не понимают русских букв в многобайтных кодировках. Как оказалось, это штатная особенность PCRE - они понимают только ASCII-символы [A-Za-z0-9]:
http://webew.ru/posts/1836.webew

Сразу в голову полезла мысль универсального решения - функция-обёртка, которая корректирует регулярное выражение так, чтобы "\w", "\W" и [:alnum:] стали понимать русские символы из других кодировок. Т.е. эти классы необходимо заменить на [a-zA-Z\dА-Яа-яЁё] или [A-Za-z0-9А-Яа-я]. Но здесь возникают следующие сложности:

1) Замена должна выполняться по-разному (с заключением в квадратные скобки или нет), в зависимости от того, находится ли исходный "непонятливый" класс внутри группирующих квадратных скобок или нет. Если класс [:alnum:] всегда находится внутри квадратных скобок, то "\w", "\W" могут находится и внутри, и вне квадратных скобок
2) Внутри квадратных скобок могут быть экранированные квадратные скобки + обратный слэш, предваряющий квадратную скобку, может предваряться обратным слэшем (в этом случае он не будет экранировать квадратную скобку)
3) При наличии синтаксических ошибок в исходном регулярном выражении после его корректировки (в этом случае откорректированная регулярка, также должна быть некорректной) должна быть возможность по сообщениям php идентифицировать ошибку в исходной регулярке.

Кто-нибудь справится с задачей ?