Eu encontrei o motivo desse problema quando atualizei meu VirtualBox da versão 5.1 para a 5.2. Esta nova versão vem com uma ótima ferramenta que nos permite redimensionar um disco VDI de maneira fácil (esta ferramenta está dentro da opção Global Tools).
Depois de acessá-lo, descobri que meu disco VDI foi redimensionado para 23000 MB, como escrevi na pergunta, usando o comando vboxmanage modifyhd VDI_FILE_PATH --resize 20000
, como configurei antes, mas (não sei por que) , O Virtualbox mantém um VDI com um nome em hexadecimal, como um subdisco do seu VDI. Este subdisco tinha apenas 8GB de espaço total (por causa disso, Gparted não reconheceu o redimensionamento que fiz).
Neste momento, eu uso a nova interface do VirtualBox atualizado e configuro para 23 GB como disco pai. Agora, eu corri o Gparted novamente na VM, e agora o meu disco tem 23GB.
Então, se vocês, como eu, estão enfrentando esse problema (não é possível redimensionar corretamente o VDI), verifique se o VirtualBox está atualizado para 5.2 (ou superior) e aumente o tamanho do VDI (e provavelmente o subdisco também ) na opção Global Tools
Nota : Se eu for para Configurações, o Virtualbox mostrará apenas um VDI (o pai), o subdisco só será mostrado na opção Ferramentas Globais.