Я создала специальную программу для проверки, чтобы избежать влияния посторонних ошибок. Происходит то же самое.
Создание и заполнение массива следующее:

Код AS3:
var Arr:Array = new Array();
var Arr2:Array = new Array();
for (var i:Number=0; i<5; i++)
{
for (var j:Number=0; j<5; j++)
{
Arr[j] = 5;
}
Arr2[i] = Arr;
}
Trace выводит массив, заполненный числами 5. После команды

Код AS3:
Arr2[0][0] = 1;
массив принимает следующий вид:
1,5,5,5,5
1,5,5,5,5
1,5,5,5,5
1,5,5,5,5
1,5,5,5,5