Спасибо за все комментарии. Некоторые из вас помогли мне привести ответ. Вот что я нашел:
Это была проблема с разрешениями NTFS, а не проблема SQL. Кроме того, это выглядит как ошибка (и это повторяется).
Проблема:
Учетная запись, которую я использовал, имела полные права доступа NTFS к файлам mdf и ldf. Однако у него были эти разрешения через членство в группе (у группы «Локальные администраторы» были разрешения, и моя учетная запись является членом локальных администраторов). (Я проверил разрешения)
Если я пытаюсь выполнить присоединение, подключиться к SQL Server под своим именем (где я нахожусь в группе администраторов), произойдет сбой с проблемой NTFS.
Однако, если я предоставлю те же права доступа к файлам, которые локальная группа администраторов имеет непосредственно для моей учетной записи домена, тогда я могу присоединиться без проблем.
(о, да, я проверил локальные группы на этом компьютере и убедился, что моя учетная запись домена действительно является членом группы локальных администраторов).
Таким образом, похоже, что ошибка возникает из-за того, что некоторый код (в SQL Server или Management Studio) проверяет разрешения, которые имеет учетная запись пользователя, но не заходит так далеко, чтобы проверять разрешения группы, которые пользователь учетная запись наследуется.
Это звучит странно для меня, но я могу воспроизводить это снова и снова, поэтому я пришел к выводу, что это ответ.
Обновление: Я сообщил об этом как об ошибке: https://connect.microsoft.com/SQLServer/feedback/details/539703/access-denied-attaching-a-database-when-permissions-are-inherited